低温U形金属密封环密封性能分析及改进设计

为了研究不同结构参数对U形金属密封环密封性能的影响规律,利用ABAQUS软件建立某U形金属密封环的二维轴对称模型,在常温预紧工况和低温工作工况下计算分析U形密封环厚度、截面宽度、腿部厚度以及圆弧半径等结构参数对密封环最大Von Mises应力、接触压力大小及其分布以及接触宽度的影响。结果表明,将U形环厚度增大为3.8 mm、腿部厚度减小为0.1 mm时,U形环密封性能提高;取截面宽度在6.4~6.8 mm之间、圆弧半径在0.7~0.9 mm之间,均能获得较好的密封性。根据计算结果,针对加载后U形密封环腿部出现翘曲的现象,提出了减小U形环腿部右端高度的改进方法。     

金属W形密封环的弹塑性接触有限元分析

采用ANSYS有限元软件建立金属W形密封环的有限元模型,对金属W形密封环在给定工况下的弹塑性接触变形进行非线性有限元分析,得出相应情况下的接触应力分布和范.米塞斯(Von-M ises)应力分布;讨论密封环操作参数和结构参数对密封性能的影响。结果表明,在预紧工况和工作工况下,密封环的最大接触应力均能满足密封要求,且最大Von-M ises应力小于屈服极限,金属W形密封环可以实现密封;适当增大金属W形密封环壁厚或加大预压缩量,可以提高其密封性能。     

轴用VL形组合密封件装配工艺仿真研究及验证

橡塑组合密封是由橡胶圈和塑料密封环组成,安装过程中塑料环的变形对密封性能有重要影响。以轴用VL形组合密封为例,基于三维有限元仿真模型和可视化密封装配台架针对不同流程的装配工艺开展研究。利用有限元仿真还原密封圈装配过程,搭建可视化密封件装配台架,开展密封件装配试验,验证有限元仿真装配过程的准确性;提取密封界面接触压力、接触宽度等关键参数,评判密封性能;建立密封性能与装配工艺之间的关系,优化密封件安装、矫正工艺流程,解决装配过程随机化、经验化问题。试验结果表明：常温安装时密封面接触宽度要小于加温安装;对于轴用VL形组合密封,在相同介质压力条件下接触宽度越小则密封面接触压力越大,从而密封性能越好。因此可以得出常温装配时密封性能更优。     

汽车排气管V形金属密封环设计与优化

针对汽车排气管密封问题,设计一种适合汽车排气系统密封的V形金属密封环。该密封环采用平面接触、小接触压力方式,在满足密封要求的同时避免了较大的预紧力;在波谷处采用圆弧过渡,降低了密封环的整体刚度,侧边倾斜一定角度以增大密封环的回弹性能。利用ANSYS Workbench软件对V形金属密封环常温预紧和高温工况下的密封性能进行分析,在保证密封强度要求下确定安装时合适的轴向压缩量;分析密封环结构参数对密封性能的影响,发现壁厚、环宽、波谷半径、接触圆半径、开口角度对密封性能影响较大。基于Design-Expert软件对密封环结构参数进行多目标优化,从而降低了密封环最大等效应力,提高了最大接触压力,减小了密封环质量,并通过相关实验验证有限元模型的可靠性。     

基于密封接触强度的水下井口连接器VX钢圈密封特性分析

考虑密封面有效接触长度对密封性能的影响,以密封接触强度为评价指标,采用有限元方法分析水下井口连接器VX钢圈在不同预紧力、工质载荷和结构参数下的密封特性,并与以单一密封面接触应力为评价指标的密封特性分析结果进行对比。结果表明:预紧力是影响密封性能的重要因素,在保证连接器锁紧结构安全性的同时,要尽量提高安装预紧力;与接触应力相比,密封接触强度能够更好地模拟VX钢圈密封性能随预紧力、工质压力和结构参数变化的趋势。因此,在连接器VX钢圈密封特性分析过程中,应该优先选择密封接触强度作为密封性能评价指标。     

航空发动机U形金属密封环的设计与优化

针对某型发动机高压转子连接结构的密封问题,设计一种U形金属密封环,分析研究密封环的密封和强度性能,探究结构参数(包括根部倒圆、壁厚、环高、接触面曲率半径、密封环接触面角度、密封环配合件角度)对密封环最大等效应力、最大接触应力的影响,基于ANSYS Workbench优化设计模块,采用代理模型结合遗传算法的优化技术对密封环结构进行优化。结果表明:安装压缩率范围为3.56%～6.33%时,可保证安装和工作2种工况下密封和强度的要求;最大等效应力与壁厚成正比关系,而与根部倒圆和环高成反比关系;接触面曲率半径对最大等效应力影响较小,但最大接触应力随着接触面曲率半径的增加而增加;选择合适的角度范围时,密封环接触面角度和密封环配合件角度对最大等效应力、最大接触应力影响均较小。密封环结构优化后,最大等效应力在安装和工作2种工况下分别减小了34.3%和30.4%,同时密封环质量减少了6.1%。对设计的U形金属密封环随整机进行了试验,结果表明U形金属密封环密封性能良好,验证了设计的合理性。     

极限工况下蓄能密封环密封性能分析与实验探究

针对航天器大直径人孔及燃料贮箱在极限温度下的密封问题,基于ANSYS建立大尺寸蓄能密封环三维分析模型,在常温下通过压缩回弹性能、线载荷、密封接触面比压分布研究,得到蓄能密封环最佳压缩比例应在20%左右。在最佳压缩比20%下对低温（-196 ℃）和高温（176 ℃）工况下密封环密封性能进行有限元模拟分析。结果表明,该密封环低温工况下密封性能较常温工况没有明显变化,而高温工况下则有一定降低。在不同压力工况下对密封环进行氦气泄漏检测实验,发现该密封环常温工况下泄漏量小于低温工况和高温工况;在同一温度下密封压力变化时密封泄漏量变化较小。实验结果表明,该大直径密封环对密封面平面度要求较高,应严格控制安装及加工精度。     

静压型机械密封中螺钉预紧调节机制的研究

螺钉预紧力大小是静压型机械密封中重要的设计参数,考虑密封组件之间的多体接触关系与O形圈副密封的影响,建立了静压型机械密封的热流固耦合计算模型(Thermal fluid-solid interaction,TFSI),根据密封环与环座之间接触关系的转变,分析研究了螺钉预紧力对密封性能的调节机制。结果表明,螺钉预紧力对密封性能有着显著的影响,预紧力增大使得泄漏率增大,但其影响规律与密封环与环座之间接触关系有着密切的联系,同时发现,动环和静环在密封中起着不同的功能,并且环座的结构及边界条件的不同是导致动、静环功能差异性的重要原因。     

高压导管球形接头结构密封性能研究

根据混合动力汽车发动机内常用导管连接形式,针对导管接头球面-锥面密封结构研究密封性能.通过漏率经验公式,结合Hertz接触理论进行漏率估算,分析得到密封结构初始密封状态下影响密封性能的各项指标.在此基础上,采用非线性有限元法研究拧紧力矩与密封面接触应力、宽度及应力分布的关系,结果表明相对较大的拧紧力矩能够增加密封面接触...     

井下V形金属密封环密封性能研究

提出一种适用于井下复杂环境的V形金属密封环,利用压力密封装置模拟40 MPa压差工作环境,研究V形金属密封环在井下流量控制阀中的密封性能。将V形环的力学模型分解为圆筒过盈配合与悬臂梁力学模型进行理论分析,得出密封接触面的应力计算公式,并利用ABAQUS进行仿真验证。建立V形环两种密封面(曲面与平面)的轴对称模型,分析密封环在40 MPa压差下,不同过盈量与倾角对密封性能的影响,并对比2种结构的性能。结果表明,在满足密封性能的前提下,平面密封结构的过盈量取值范围更广,并且在相同结构参数时的接触应力大于曲面密封。确定平面密封结构过盈量与倾角的取值范围,为井下流量控制阀中V形金属密封环的设计提供了参考,应力计算公式也为密封环的设计提供了一个初步的接触面应力。     

Analysis of elliptical Hertzian contacts

The paper compares three approximate methods of finding the area of contact, the contact pressure and the deformation in elliptical Hertzian contacts.     

粗糙平面接触刚度的研究

从材料表面微观特征的分析着手，采用弹性接触理论和概率分析方法，对两个粗糙平面间的接触刚度问题进行了研究，提出了一种表面接触刚度的理论计算方法，给出了相应算例，计算结果表明，本文提出的方法是有效的。     

表面接触角测量装置的设计

介绍了一种用于测量表面接触角的简易装置,目的是为材料表面的润湿性实验研究过程提供一种简易专用装置和方法,替代昂贵的专用测量仪器,用于快速评估被测样品表面的接触角。装置由样品台、光学系统、三维平移台、移液器和计算机组成,对被测样品表面具有一定体积的液滴通过光学系统成像,并将CCD相机与计算机相结合,对液滴形态图像进行存储和分析,从而得到被测样品的表面接触角。对装置的结构、功能和使用方法进行了介绍。     

考虑边缘接触的弧齿锥齿轮承载接触分析

承载接触分析(LTCA)对于检查弧齿锥齿轮在工作条件下的啮合性能,并设计高性能的传动具有十分重要的意义。在载荷较大且误差存在的实际工况条件下,弧齿锥齿轮的边缘接触往往是难以完全避免的。提出了边缘接触的几何分析方法,准确确定了边缘接触点;又通过齿面搜索确定了两齿面间的相对主曲率方向,即载荷下的可能接触方向和可能接触点;最后采用数学规划方法成功求解了边缘接触,为弧齿锥齿轮的承载啮合全过程的数值仿真提供了方法。     

末级圆弧枞树型叶根与轮缘三维接触强度研究

基于虚功原理推导出三维接触面单元，并引进了预留单元，应用网格自动划分和单元生成技术，采用位移和应力交替控制的增量法，对汽轮机转子叶根与轮缘的接触强度进行了详尽的分析。     

Microtribological problems of physics and mechanics in smooth surface contact

This paper reviews a group of problems studied by a new scientific branch in tribology, viz. nanotribology. New feasibilities of analysing adhesional interaction of contacting surfaces are underlined in view of ‘molecular roughness’ and experimental verification of the calculated relationships by tunnelling and atomic force microscopes.     

一种多功能摩擦实验台的设计及实验

介绍了一种多功能摩擦实验台的原理、性能和实验结果。该实验台通过显微镜和CCD图像传感器可以放大拍摄两接触面间的接触情况,同时可通过力传感器测量摩擦力,解决了研究面面接触时,难以观察表面接触情况的问题。实验结果表明,所研制的实验台具有较好的实用性和可靠性,满足面面接触摩擦研究的需要。     

Modeling of thermoelastic frictional contact

A model of thermoelastic frictional interaction based on nonideal thermal contact under friction of a corrugated elastic solid on an absolutely flat rigid solid is developed. The proposed model may be used for the estimation of the capability and durability of tribological conjunctions of the type frictional polymer material-metal.     

<Emphasis Type="Italic">In situ</Emphasis> investigation of the contact area in elastic–plastic spherical contact during loading–unloading

The real contact area between a sphere and a flat during loading, unloading, and cyclic loading–unloading in the elastic–plastic regime of deformations was investigated experimentally. A direct optical technique was used to observe in situ the evolution of the contact area. The experimental results obtained with copper and stainless steel spheres of different diameters that were pressed against a sapphire flat were compared with existing theoretical models, and whenever possible, with previous experimental works. These models are based on the assumption of either perfect slip (i.e., frictionless) or full stick contact condition. Good agreement was found between the experimental and theoretical results for the contact area and mean contact pressure. The existing models for the unloading process fail to accurately predict the residual radius of curvature of fully unloaded spheres, and the irreversibility of multiple loading unloading cycles at least for the several initial cycles. Some recommendations to improve the models are provided.     

过盈配合接触界面的研究

通过W-M函数建立具有分形特征的等效粗糙表面与刚性平面的接触模型,模拟压缩机叶轮与轴过盈配合下界面的接触。将接触模型导入到有限元软件Ansys中,分析接触模型接触面积、接触压力、滑移面积、粘着面积与变载荷的关系和表面路径上的应力与变形。结果表明,接触时只有个别较高的微凸体发生接触,微凸体肩部区域的应力较大,微凸体中心位置变形量最大,接触界面在一定的法向载荷下接触面积减小,粘着面积增大,配合件发生了宏观的变形。